吴文英，李文娟，李 露，尹术华，赵文辉，姚于飞,
（1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.江西中医药大学附属医院，江西 南昌 330006）
迈入21世纪，由于食品供给的富余，疾病模式已发生转变，心血管疾病和肿瘤已经成为危害全球健康的主要疾病[1]。值得注意的是，相比于普通健康人群，有心血管既往病史和家族史的患者，肿瘤发生的风险更高[2]。众所周知，手术、化疗和放疗作为肿瘤治疗的三大“常规武器”，在抑制/杀死肿瘤细胞的同时，也存在对患者正常细胞损伤的不良反应，导致肿瘤临床治疗风险高、患者预后差[3]。多柔比星（doxorubicin，DOX）是典型的广谱高效抗肿瘤药物。DOX与心肌组织的亲和力明显高于其他组织，导致其在心肌细胞中积聚，呈现剂量依赖性的靶向心肌毒性，这极大地限制了DOX在临床治疗中的使用剂量[4]。迄今为止，化学合成药物或方法不能完全地预防DOX引起的心脏毒性反应[5]。
越来越多的数据显示，食源性组分已成为抗肿瘤药物研发中的重要分支[6]。尽管大部分食源性组分的抗肿瘤活性远远低于化疗药物，但作为膳食补充，降低肿瘤化疗毒副作用的联合治疗模式是肿瘤治疗研究的重要方向。在这些食源性组分中，白藜芦醇的心肌保护作用较为显着[7]。早在1940年，科研人员就已从毛叶藜芦根部分离得到白藜芦醇[8]，但此后却未能得到人们足够的重视，直到“法国悖论”现象的出现，才逐渐引起了关注。所谓的“法国悖论”与法国人饮用葡萄酒，摄入大量白藜芦醇有直接关系。因此，白藜芦醇在相关的心肌保护研究中倍受青睐，被证实对心血管系统具有较好防护作用。近年来发现白藜芦醇对DOX造成的心肌损伤有一定的保护作用[7]。鉴于此，本文对DOX诱导的心肌损伤及白藜芦醇的心肌保护作用进行综述，旨在为进一步研究白藜芦醇抗DOX心肌毒性及寻找相关新天然产物提供参考并拓展研究思路。
1 多柔比星的毒副作用
DOX虽然在对抗癌症方面起到了重要的作用，但是其对机体正常组织造成的严重损伤也是众所周知的，其对心脏、肝脏、肾脏以及睾丸等造成损伤：1）心脏毒性是DOX的主要毒副作用，长期使用甚至可导致致死性心肌损伤，极大程度地限制其在临床上的应用[9]。DOX诱导的心脏毒性表现涉及多种不同的作用机制，例如氧化应激、钙超载和细胞凋亡等。2）肝脏毒性是DOX的另一重要毒副作用。作为人体最大的代谢器官，肝脏在新陈代谢中起着至关重要的作用，而DOX也很容易损坏肝脏[10]。据报道，40%接受DOX治疗的患者承受着药物引起的肝脏损伤带来的痛苦[11]。3）DOX在啮齿动物模型中表现出肾毒性，导致大鼠肾脏受损，包括肾小球毛细血管通透性增加和肾小球萎缩[12]。4）DOX的骨髓毒性为骨髓抑制，主要表现为白细胞、血小板减少，甚至大部分患者会出现罕见的贫血。此外，DOX对大鼠肠黏膜屏障有损害作用[13]。5）其他：DOX的细胞毒性反应之一为药物溢出血管外而引起的组织溃疡及坏死，引起皮炎、色素沉积，此外，大多数患者还出现脱发[14]。DOX可引起食欲减退，并对胰腺组织产生氧化应激、纤维化和细胞死亡等有害影响[15]。
2 DOX介导的心脏毒性
DOX在体内代谢时产生了一种称为7-deoxyaglycone的代谢产物（图1A），这种代谢产物对脂类有高度的亲和力[16]。由于心肌细胞线粒体内膜含有相对较多的心肌磷脂，因此，DOX进入心脏后易在心肌细胞线粒体中蓄积，导致心脏毒性。DOX引起的急性心脏毒性主要出现在用药早期，具体表现为心律失常、心功能紊乱、心肌肥大、早期心脏纤维化，这可能是导致左心室功能受损的重要机制[17]；长期用药可能导致不可逆的慢性中毒，DOX进入机体后，除了作用于肿瘤细胞，心脏作为其毒副作用的靶向器官易受到攻击，造成铁紊乱、炎症反应、细胞自噬和钙超载。此外，DOX蓄积于心肌细胞的线粒体中，然后在电子传递链上产生过量的活性氧自由基，这些活性氧自由基使线粒体出现氧化损伤，这些表现可形成促凋亡信号诱导细胞发生凋亡，从而产生严重的心脏毒性，临床上表现为各种心律不齐、心室功能损伤（图1B）[18]。DOX的心脏毒性已经严重地限制了其在临床上的应用，所以寻找降低DOX心脏毒性的方法很有必要。
图 1 DOX及其代谢产物7-deoxyaglycone的结构与其介导的心脏毒性Fig. 1 Structures of DOX and its metabolite 7-deoxyaglycone and mechanism of cardiotoxicity caused by DOX
3 白藜芦醇对DOX心脏毒性的保护作用
白藜芦醇化学名为3,4,5-三羟基二苯乙烯，分子式为C14H12O3，是一种羟基二苯乙烯类化合物，属于单宁质多酚[19]。它在植物界分布较广，存在于花生、葡萄、虎杖和桑葚等多种植物中。自然界中的白藜芦醇有顺式、反式白藜芦醇和顺式、反式白藜芦醇苷4 种存在形式。而植物中白藜芦醇主要以反式构象存在，且反式白藜芦醇苷的含量要远高于反式白藜芦醇的含量。白藜芦醇的纯品为无色针状结晶，熔点256～257 ℃、升华点261 ℃，难溶于水，对光不稳定，易溶于丙酮、乙醚等有机溶剂。白藜芦醇具有广泛的生理药理学作用，其中主要包括抗炎、抗肿瘤、抗氧化应激损伤、保护心脑血管、抑制血小板聚集、调节血脂以及防止动脉粥样硬化等[20]。由于其具有这些显着的特点，因而在最近几年，白藜芦醇在相关的活性功能研究中备受关注。目前研究较为成熟的是白藜芦醇的心血管系统保护作用，其对DOX造成的心肌损伤有一定的保护作用。有报道称白藜芦醇与DOX联合使用可预防DOX诱导的心脏毒性，并可在体内和体外对肿瘤细胞产生协同作用，可逆转DOX长期服用产生的耐药性[21]。白藜芦醇在对抗多药耐药方面也显示出良好的作用，在辅助治疗中与5-氟嘧啶等联合使用，白藜芦醇具有增加癌细胞化学敏感性的附加或协同作用[22]。白藜芦醇可降低多药耐药风险，辅助药物疗效，被认为是一种多靶点、应用前景广的抗癌药物，在癌症预防和治疗中都有重要作用[23]。研究已证实，联合应用白藜芦醇和DOX是提高DOX疗效的有效策略，可促进DOX在细胞内的积累，降低肿瘤细胞的多药耐药性，并可改善DOX心脏毒性[24]。
4 白藜芦醇的抗DOX心脏毒性的作用机制
由于DOX的靶向心肌毒性作用，目前有关DOX毒副作用中，心肌损伤的研究最为广泛。然而，尽管多年来研究方法已大幅改善，但仍不清楚DOX引起的心脏毒性的具体机制。现阶段普遍认为，活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）和脂质过氧化引起的氧化应激增加、钙超载、线粒体损伤和细胞凋亡等在DOX心脏毒性产生中起着重要作用。当前主要的机制或假说有氧化应激、钙失调、线粒体损伤、细胞凋亡等[25-26]，这些因素之间相互联系、互为因果，形成恶性循环，共同加速心脏毒性的发展。白藜芦抗DOX的心脏毒性机制复杂，涉及多种信号通路，主要包括抑制自由基生成、钙超载、线粒体功能障碍、凋亡和自噬等。白藜芦醇对DOX心脏毒性的抑制涉及多种机制，以下简要作出几点归纳。
4.1 白藜芦醇抑制DOX介导的心肌氧化应激
关于DOX心脏毒性作用的机制，Chen Yumin等[27]认为，当细胞抗氧化系统的自由基清除作用与ROS生成之间处于失衡状态时，就会产生氧化应激。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶在氧化信号转导和DOX诱发的心肌病的进展中起重要作用[28]。DOX进入心肌细胞后，DOX中醌结构部分被还原为半醌，半醌自由基转换为C环。经过一系列电子传递过程生成超氧阴离子自由基（O2-·）、过氧化氢（H2O2）和羟自由基（·OH）等（图2）。此外，研究证明蒽环类药物对铁的亲和力非常高，蒽环类药物能与铁生成蒽环类-铁复合物，这个复合物还原氧产生ROS，随后导致游离自由基的生成[23]。这些自由基可以引起线粒体、微粒体脂质过氧化，对多种细胞产生强烈的损伤作用（氧化应激）[29]。氧化应激使细胞膜的结构发生改变，降低膜的流动性，增加通透性，从而影响细胞膜的生物调节功能及离子转运功能，导致心脏内多种亚细胞变化，包括心肌细胞支架结构完整性的丧失，同时其还能降低抵抗自由基毒性水平的抗氧化剂浓度，造成心肌细胞损伤[26]。白藜芦醇通过减少ROS生成、增加Mn-SOD和沉默信息调节因子1（silence information regulator 1，SIRT1）活性以及线粒体膜电位的极化来改善线粒体功能[8]；同时，白藜芦醇可以抑制NADPH和5’-二磷酸腺苷-Fe3+-依赖的脂质过氧化；最后白藜芦醇显着上调核因子E2相关因子2靶基因NADPH的转录：醌氧化还原酶1、谷氨酰胺半胱氨酸合成酶、血红素氧合酶-1，可减轻细胞氧化应激[30]；此外，白藜芦醇（20 mg/kgmb）连续作用大鼠6 周，大鼠心肌脂质过氧化作用降低，且增加了心脏的抗氧化性，为白藜芦醇对DOX氧化应激的保护作用提供了新的证据[31]。
图 2 DOX在电子传递链上的代谢过程Fig. 2 Metabolic process of DOX in the electron transport chain
4.2 白藜芦醇抑制DOX介导的心肌钙超载
正常情况下，胞内Ca2+浓度显着低于胞外Ca2+浓度，胞内Ca2+主要储存于内质网和线粒体。心肌损伤伴随着Ca2+从细胞内细胞器的释放或跨细胞膜的进入导致Ca2+超负荷[32-33]。内质网中有两种类型的Ca2+释放通道：Ryanodine受体（ryanodine receptors，RYRs）和三磷酸肌醇受体（inositol 1,4,5-trisphosphate receptors，InsP3Rs）通道，Ca2+可以通过激活RYRs或InsP3Rs来进一步促进Ca2+的释放，这一过程称为Ca2+诱导的Ca2+释放[34]。因此，细胞质的Ca2+超载可能触发Ca2+的释放，最终诱导内质网应激和凋亡。同时DOX还能刺激线粒体将Ca2+释放至胞浆，加重钙超载[35]。Catanzaro等[36]报道，白藜芦醇通过稳定内质网，保护H9c2细胞免受氧化还原酶诱导的内质网应激，并显着促进SIRT1的激活，从而导致心脏细胞存活。白藜芦醇被证实能够通过上调SIRT1介导的去乙酰化来抑制氧化还原诱导的心脏毒性，从而改善心肌细胞的钙循环[37]。钙稳态的紊乱是一种参与氧化还原作用的机制。DOX的主要代谢物通过改变肌浆网的固钙能力来改变肌浆网干扰肌浆网Ca2+-ATPase（sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，SERCA）2功能，刺激肌浆网释放钙[38]。DOX引起的S100A1的下调，进而降低了大鼠SERCA2a的表达[39]，相比之下，白藜芦醇处理后S100A1的上调显着提高SERCA2a活性，这可能是心脏状况改善的原因，白藜芦醇主要通过SIRT1转录途径影响SERCA2a表达，SIRT1是通过调节SERCA2a启动子活性参与心脏收缩力，S100A1增强Ca2+瞬态，通过抑制舒张期Ca2+超载，减少肌浆网 Ca2+渗漏，从而调节心脏功能[34]。
4.3 白藜芦醇抑制DOX介导的心肌线粒体损伤
线粒体存在于除红细胞外的所有细胞中，维持着细胞内钙和氧化还原反应的平衡，线粒体是受蒽环类药物影响最大的细胞器[40]，原因之一就是蒽环类药物与线粒体内膜的心磷脂几乎不可逆地形成一种复合物。而电子传递链的蛋白质正常工作时需要结合磷脂，但由于蒽环类药物破坏磷脂蛋白，因此会抑制呼吸链，导致线粒体代谢功能的下降[18]。线粒体是产生ROS的关键场所，使线粒体极易受到ROS的攻击，导致线粒体内外膜发生脂质过氧化损伤[41]。此外，DOX可诱导线粒体DNA损伤[42]和线粒体Ca2+紊乱[43]等，H9c2细胞模型实验表明，白藜芦醇可以通过抑制细胞损伤、稳定线粒体、激活SIRT1通路来预防DOX诱导的心脏毒性[44]。白藜芦醇可增强大鼠心肌抗氧化性，防止氧化应激反应[45]。因此，白藜芦醇在抑制DOX介导的心肌线粒体损伤、维持线粒体稳定性方面起着重要的作用[46]。
4.4 白藜芦醇抑制DOX介导的心肌细胞凋亡
体外心肌细胞5 μmol/L DOX和实验动物在20 mg/kgmbDOX作用下，可导致心肌细胞的大量凋亡。DOX引起的细胞调亡与Bcl-2、Bax蛋白的表达上调和p53上调凋亡调控因子α的表达下调有关，并激活Caspases-9和Caspases-3和多腺苷二磷酸核糖聚合酶[47]。DOX诱导小鼠心脏衰竭并激活了MEK1/2-ERK1/2级联反应，增加了心肌细胞H9c2细胞的ERK1/2磷酸化[48]。在正常细胞中p53蛋白含量较低，当DNA损伤时，p53在氨基和羧基末端结构域的多个残基上被几种不同的蛋白激酶磷酸化，导致p53在细胞质中积累和p53的反式激活，p53依赖的细胞凋亡涉及许多靶基因，包括丝裂原活化蛋白激酶家族和Bcl-2家族蛋白。Bcl-2家族由促凋亡蛋白（Bax、Bak、Bid和Bad）和抗凋亡蛋白（Bcl-2和Bcl-xL）组成，p53的表达量增加与Bcl-2的下调和Bax的上调相关。凋亡信号级联导致Bcl-2和Bax的比例明显降低，p53可与Bcl-xL蛋白结合，引起p53和Bcl-2蛋白的构象改变，导致细胞凋亡[34]。SIRT1表达的下调与氧化还原酶诱导的心肌细胞凋亡有关，研究表明，在DOX处理后，SIRT1的表达降低，同时观察到白藜芦醇预处理增加了SIRT1的表达，显着减弱了DOX诱导的凋亡[49]。此外，5 μmol/L DOX作用H9c2细胞24 h建立DOX毒性模型，DOX可上调H9c2细胞中p53和Bax的表达，下调Bcl-2的表达，白藜芦醇增加细胞活力，还可以通过增加腺苷酸活化蛋白激酶磷酸化和减少p53表达来保护大鼠H9c2心肌细胞免受DOX诱导的细胞凋亡，降低凋亡率[50]。因此，白藜芦醇可抑制DOX介导的心肌细胞凋亡。
4.5 白藜芦醇调控DOX介导的心肌自噬失调
自噬被认为是一个吞噬自身细胞质蛋白或细胞器的过程，该过程是细胞质成分（例如老化的蛋白质和细胞器）的回收和降解。最近的研究表明自噬细胞死亡可能在DOX诱导的心肌功能障碍中起重要作用。研究表明，DOX处理后显着抑制了心肌细胞核中自噬小泡的形成，且自噬相关蛋白LC3-II/LC-I的比例增加，表明DOX处理H9c2细胞自噬水平受损[4]。此外，DOX诱导的自噬与线粒体损害密切相关。总地来说，线粒体可以被认为是细胞凋亡、坏死和自噬过程的连接点。心肌自噬被认为是一把“双刃剑”，根据损伤类型和持续时间以及自噬活性的水平，自噬能在不利环境中提高肿瘤细胞对应激的耐受能力，维持其生存；自噬又能在肿瘤发展的不同阶段抑制其产生和转移，甚至成为某些凋亡缺陷肿瘤细胞的死亡途径[51]。白藜芦醇对自噬的调控具有双向性，已被证明既可以促进自噬[52]，也可在某些特定情况下抑制自噬[53]。当DOX触发心肌细胞自噬时，白藜芦醇通过抑制自噬来减弱心脏毒性，这可能是白藜芦醇通过抑制核糖体蛋白S6激酶1的表达来抑制自噬[54]。当DOX降低心肌细胞自噬时，白藜芦醇可恢复受损的自噬功能，增加自噬[55]。此外，白藜芦醇还能减轻糖尿病小鼠心肌细胞凋亡和氧化应激损伤，通过SIRT1/Foxo1/Rab7轴恢复受损的自噬通量[56]。因此，白藜芦醇可能恢复DOX诱导的心肌细胞自噬的失调。
4.6 白藜芦醇抑制DOX介导的心肌炎症反应
Toll样受体（Toll-like receptors，TLR）是先天免疫应答的关键组成部分，是炎症反应的重要早期信号，DOX诱导后巨噬细胞浸润明显增强，单核细胞趋化因子1（monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1）和细胞间黏附分子1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM1）的表达增加[52]。促炎细胞因子白细胞介素1β（interleukin 1β，IL-1β）、白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）和环氧化酶2（cyclooxygenase 2，COX2）表达增加，而抗炎性细胞因子白细胞介素10（interleukin-10，IL-10）表达受到DOX的抑制。炎性小体核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）可调节巨噬细胞IL-10的产生，并有助于缓解DOX诱导的心脏毒性的病理生理过程，对抗NLRP3介导IL-1β相关的炎症反应。炎症因子IL-1β受体激活与核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）通路的激活呈正相关，NF-κB信号通路诱导产生的促炎因子、趋化因子、黏附因子以及产生次级炎症介质的酶COX2、一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）和诱生型一氧化氮合酶（inducible NOS，iNOS）。研究表明，促炎介质NO和iNOS水平增加，NF-κB p65表达增加，继而产生的炎症反应参与DOX介导的心脏毒性[53]。研究报道，白藜芦醇可通过降低心肌TNF-α水平，下调TLR-4和iNOS蛋白表达，从而发挥抗炎作用。对NF-κB炎症通路研究发现，白藜芦醇可促进NF-κB脱乙酰作用，抑制NF-κB炎症通路，减少炎性细胞因子IL-6、iNOS和TNF-α的产生[56]。此外，白藜芦醇是一种有效的化学增敏剂，可通过NF-κB和信号传导及转录激活蛋白途径发挥作用[57]。
4.7 白藜芦醇抑制DOX介导的心肌纤维化
DOX心脏毒性的作用机制复杂，具体关键性靶向作用机制尚不明确，但DOX介导的心肌损伤最终后果是导致心肌细胞凋亡和坏死，继而心肌细胞被纤维组织取代，形成心肌纤维化[58]。研究表明，经20 mg/kgmbDOX处理后，大鼠左室心肌出现大量心肌碎裂和肌原纤维溶解，白藜芦醇可改善DOX诱导的心肌纤维化，DOX不仅上调了转化生长因子1β基因的表达，还增加了纤维化标志物的含量，诱导了大量胶原纤维在左室组织沉积，而DOX与白藜芦醇的结合改善了纤维化效应[57]。同时，白藜芦醇对醋酸去氧皮质酮处理大鼠的心血管重构也有抗纤维化作用。白藜芦醇和DOX的组合显着减弱了DOX诱导的心脏毒性，并上调了血管内皮生长因子B（vascular endothelial growth factor B，VEGF-B），白藜芦醇减弱了siRNA对VEGF-B的抑制作用，从而对DOX处理的心肌细胞起保护作用，表明白藜芦醇通过上调VEGF-B减轻了DOX诱导的心脏毒性[8]。
5 结 语
天然产物尤其是食源性活性成分，已成为当代社会营养保健和健康管理的选择趋势，有着巨大的发展潜力和空间。我国食材资源丰富，有着悠久的养生历史，在心肌保护功能性食品的研发方面有一定的优势和独特之处。DOX剂量依赖性的心肌毒性，其作用机制多样，天然产物活性成分白藜芦醇可通过抗氧化应激、调节心肌细胞钙超载、抑制细胞自噬及凋亡、减轻线粒体损伤等多靶点效应，防治和减轻DOX引起的心脏毒性反应。因此天然产物有效成分白藜芦醇与DOX联用，可为抗肿瘤药物心肌毒性作用的营养干预与治疗提供新的参考，二者联合应用可作为一种新策略降低化疗药物带来的毒副作用，改善患者肿瘤治疗的预后，提高生活质量。然而目前，白藜芦醇的心肌保护作用机理尚不明确，如白藜芦醇对S100A1蛋白的调控机制仍需要进一步的研究。此外，未来的动物实验，可通过白藜芦醇在恶性肿瘤动物模型中作用及其与其他化疗药物比较研究，探寻白藜芦醇营养干预与临床应用的可能。最后，关于白藜芦醇对DOX诱导的心肌保护作用大多在动物实验阶段，其在临床上研究尚浅。因此将白藜芦醇开发成为有效的手段，用以保护成千上万的癌症患者在接受化疗时对抗非靶向引起的心脏毒副作用，并挖掘其潜在效用，值得进一步研究。
